薄基巖淺埋煤層過溝開採工作面水災防治方法與流程
2023-12-10 14:06:17
本發明涉及煤礦安全生產的技術領域，尤其涉及一種薄基巖淺埋煤層過溝開採工作面水災防治方法。
背景技術：
礦井在建設和生產過程中，地面水和地下水通過裂隙、斷層、塌陷區等各種通道湧入礦井，當礦井湧水超過正常排水能力時，就造成礦井水災，通常也稱為透水；冒落帶指採礦工作面放頂後引起的直接垮落破壞，該帶不僅透水而且透砂；裂隙帶是指冒落帶之上大量出現的切層、離層和斷裂隙或裂隙發育帶，該帶不會透砂但能透水；冒落帶和裂隙帶合稱導水裂隙帶，導水裂隙帶發育高度、採礦擾動及頂板圍巖運移等影響因素均對防治裂隙水至關重要。
淺埋煤層，一般認為是埋深小於150米、巖層與載荷層厚度之比小於1，頂板體現單一關鍵層結構特徵，來壓具有明顯動載。我國西北部礦區多數為淺埋煤層，隨著煤炭開採範圍的擴大，地下沙層潛水進入採空區，阻斷了地表水的補給源，產流區的河流也通過基巖較薄的河道滲入採空區，因此對淺埋煤層的繼續開採及過溝開採造成威脅。
目前裂隙水災大多以後方採空區滯後突水，目前治理裂隙水的方法通常是採前物探、鑽探疏放水，通過井上下物探、井上下鑽探等方式可解除採空區積水的威脅，但是依然存在地表雨季洪流通過導水裂縫灌入到井下引發礦井突水災害發生的威脅。
為此，本發明的設計者有鑑於上述缺陷，通過潛心研究和設計，綜合長期多年從事相關產業的經驗和成果，研究設計出一種薄基巖淺埋煤層過溝開採工作面水災防治方法，以克服上述缺陷。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明提供一種薄基巖淺埋煤層過溝開採工作面水災防治方法，根據工作面接續情況、地表溝谷賦存特點、井下排水現狀等影響因素採用改變充水通道的方式，實現有效解決工作面過溝開採存在的雨季洪流威脅。
為解決上述問題，本發明公開了一種薄基巖淺埋煤層過溝開採工作面水災防治方法，其特徵在於包含如下具體步驟：
步驟一：採前築壩鋪管打洩水孔，其包含了築壩、鋪管以及打洩水孔，所述築壩為回採前根據現場實際地形踏勘，在工作面採動影響範圍外建攔水壩以攔截溝谷在強暴雨時產生的地表徑流，所述鋪管為鋪設排水管道將壩體內的水及時導流至塌陷區的下遊，所述打洩水孔為在塌陷區上遊施工洩水孔，將壩體內來不及排出的水通過洩水孔分流至工作面鄰近的採空區內，確保洪水不會越壩進入到塌陷區內；
步驟二：採中裂縫封堵，其具體過程為在工作面推進過程中，針對溝谷內出現的地裂縫採用柔性阻燃材料及時封堵，切斷越壩洪流進入到井下的通道，保證工作面正常回採；
步驟三：採後回填壓實：當工作面推過溝谷地段後，首先進行回填壓實，使塌陷區的溝谷段恢復至自然流水坡度；然後等塌陷區完全穩定後，對回填後河床再次出現的裂縫，再向下開挖並鋪設膨潤土，壓實後再鋪設碎石，將塌陷區積水線與下遊積水線重新連接，整體上形成一個排洪暢通的人工河床，確保雨季洪流能夠順利流出塌陷區。
其中，所述的步驟一中攔水壩位於塌陷區上遊與兩條溝谷交匯處下遊之間。
其中，所述的步驟一在洩水孔周邊修建用沙袋堆積的集水壩。
其中，所述的步驟二中的柔性阻燃材料採用水溶性聚氨酯高分子灌漿材料。
其中，所述的步驟二中封堵時將注漿管直接放至地面下設定深度的裂縫內，從裂縫底部採用上行分段注漿方式，逐層向上進行注漿。
其中，逐層向上進行注漿包含如下步驟：
第一步，在地表安置注漿管至地表以下10m，擴散半徑按2.5m計算，注漿管間距4m，灌注水溶性聚氨酯高分子灌漿材料，確定發泡倍率為20～25倍，用於充填較大的縫隙，防止二次注漿時漿液流失；
第二步，在地表以下0m～5m的部位，實施二次注漿，按擴散半徑5m計算，注漿管間距8m，灌注水溶性聚氨酯高分子灌漿材料，確定發泡倍率為6倍，用於充填和加固地表的縫隙，若地表裂縫較大，則採取分步多次注漿的方式，每次灌漿量不得大於150kg。
其中，所述的步驟三中再向下開挖並鋪設膨潤土的過程中採取整體河道開挖深度100cm，其下部每隔25cm深度自上而下重回填粘性土並分層回填，同時敷設防水材料以增強抗滲性。
通過上述結構可知，本發明的薄基巖淺埋煤層過溝開採工作面水災防治方法與現有技術相比，本薄基巖淺埋煤層過溝開採工作面水災防治方法可結合煤礦工作面接續情況、地表溝谷賦存特點、井下排水情況及其它影響因素，採取攔截、封堵、疏導的技術方案，採用改變充水通道的方式，可有效對工作面過溝開採存在的雨季洪流進行防治，進而實現降低地表雨季洪流通過導水裂縫灌入到井下引發礦井突水災害發生的風險。
本發明的詳細內容可通過後述的說明及得到。
具體實施方式
所述薄基巖淺埋煤層過溝開採工作面水災防治方法包括根據物探、鑽探情況對工作面水文地質條件、突水危險性進行綜合評價，具體步驟如下：
步驟一：採前築壩鋪管打洩水孔，其包含了築壩、鋪管以及打洩水孔，所述築壩為回採前根據現場實際地形踏勘，在工作面採動影響範圍外的塌陷區上遊與兩條溝谷交匯處下遊之間建攔水壩以攔截溝谷在強暴雨時產生的地表徑流，所述鋪管為鋪設排水管道將壩體內的水及時導流至塌陷區的下遊，所述打洩水孔為在塌陷區上遊施工洩水孔，將壩體內來不及排出的水通過洩水孔分流至工作面鄰近的採空區內，確保洪水不會越壩進入到塌陷區內；優選的是，為了將洪水順利排至採空區下遊，使用潛水排汙泵與排水管道直接連通以進行主動排水，其中，為了提高洩水孔分流效率，還可在洩水孔周邊修建集水壩，所述集水壩採用用沙袋堆積方式。
步驟二：採中裂縫封堵，其具體過程為在工作面推進過程中，針對溝谷內出現的地裂縫採用柔性阻燃材料及時封堵，切斷越壩洪流進入到井下的通道，保證工作面正常回採，其中，工作面回採後地面一旦出現塌陷裂縫，需要立即進行快速注漿充填，確保地表洪流不會進入到礦井內，並為後續泥土回填不向採空區漏失起到「止漏墊」的作用，優選的是，所述注漿充填的裂縫深度為10m，由於充填工作開展期間，地表移動變形仍處於發展階段，整個斷裂巖層處於不穩定狀態，因此採用柔性防水阻燃的化學材料進行封堵，從而實現確保地表變形、巖層錯動期間不影響材料的隔水性能及封堵裂縫質量的效果。
其中，所述柔性阻燃材料可採用水溶性聚氨酯高分子灌漿材料，所述注漿充填為將注漿管直接放到地面下10m深度的裂縫內，從裂縫底部採用上行分段注漿方式，逐層向上進行注漿，分段注漿長度暫定為4m，施工過程中視注漿效果可進行適當調整，其中可實行二步注漿：
第一步，在地表安置注漿管至地表以下10m，擴散半徑為2.5m，注漿管間距4m，灌注水溶性聚氨酯高分子灌漿材料，確定發泡倍率為20～25倍，用於充填較大的縫隙，防止二次注漿時漿液流失；
第二步，在地表以下0m～5m的部位，實施二次注漿，按擴散半徑5m計算，注漿管間距8m，灌注水溶性聚氨酯高分子灌漿材料，確定發泡倍率為6倍，用於充填和加固地表的縫隙，若地表裂縫較大，則採取分步多次注漿的方式，每次灌漿量不得大於150kg。
步驟三：採後回填壓實，其具體過程為當地裂縫封堵完畢後，就地取土進行人工回填塌陷坑，並砸實，防止雨水沿裂隙裂縫灌入井下，其中，可在溝谷兩側各10m範圍內進行人工封填，並砸實，優選的是，初次回填結束標準是恢復河床原有的高度，將小南溝塌陷區積水線與下遊積水線重新連接起來，整體上形成一個排洪暢通的人工河床，確保雨季洪流能夠順利流出塌陷區。
工作面推過後，覆巖層垮落，此後階段出現裂隙會增大，可結合現場實際情況採用多次封堵技術，時間間隔48～72h，直到塌陷區穩定。
工作面完全推採穿越河道塌陷區穩定後，對地表溝壑處垮落積土現場處理，防止二次垮落堵塞河道；對回填後河床再次出現的裂縫，採取整體河道開挖深度100cm，其下部每隔25cm深度自上而下重回填粘性土並分層回填，同時敷設防水材料，增強抗滲性。
根據突水形成的四個必要條件，只要改變其中一個條件就可以避免突水災害的發生，據此本薄基巖淺埋煤層過溝開採工作面水災防治方法可結合煤礦工作面接續情況、地表溝谷賦存特點、井下排水情況及其它影響因素，採取攔截、封堵、疏導的技術方案，採用改變充水通道的方式，可有效對工作面過溝開採存在的雨季洪流進行防治，進而實現降低地表雨季洪流通過導水裂縫灌入到井下引發礦井突水災害發生的風險。
顯而易見的是，以上的描述和記載僅僅是舉例而不是為了限制本發明的公開內容、應用或使用。雖然已經在實施例中描述過，但本發明不限制在實施例中描述的作為目前認為的最佳模式以實施本發明的教導的特定例子，本發明的範圍將包括落入前面的說明書和所附的權利要求的任何實施例。